北斗卫星导航系统的发展及应用

2023-01-06谭雪松

通信电源技术 2022年17期

谭雪松

（广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510000）

1 北斗卫星导航系统

近年来，随着对导航定位系统研究的持续深入，世界各国在导航定位技术研究方面都取得了一定的成就。北斗卫星导航系统作为我国自主开发应用的导航系统，在近些年也得到了长足的发展，并且逐渐在各行业领域广泛应用[1]。北斗卫星导航系统发展历程如图1所示。

图1 北斗卫星导航系统发展历程

北斗卫星导航系统的组成结构比较复杂，不仅包含工作卫星和定位卫星，而且还包含备用卫星和用户终端等。硬件设备的配备保证北斗卫星导航系统全时段精准定位服务正常运行，推动了系统功能不断完善。从最初的北斗一号系统发展到北斗二号系统，基础通信、授时、定位功能不断完善，操作也越来越方便，目前在各行业领域得到广泛应用。

自主性和独立性是北斗卫星导航系统的主要特点，也是系统研发的初衷，能够为用户提供稳定、安全的系统环境。根据需要不断加大对北斗卫星导航系统研究的力度，有利于推动我国卫星导航技术的发展，也为航天事业和通信事业的发展奠定坚实基础[2]。

2 北斗卫星导航系统的发展

为了有效保障北斗卫星导航系统的正常使用和后期维护，延长系统的使用寿命，建设过程中要严格围绕“从区域化服务转变到服务于全球”的原则开展工作[3]。北斗卫星导航系统的研发周期比较长，需要根据应用需求不断完善系统功能。针对北斗卫星导航系统发展的历程，可以将其分成3个阶段。第1阶段为建设实验阶段，针对系统建设的有源化、区域化进行实验，指导北斗卫星导航系统的发展和应用。第2阶段为系统完善阶段，主要是根据系统应用的需求不断完善系统无源区域化定位功能。第3阶段为系统持续发展阶段，该阶段发展的基础是全球化的实现。就目前北斗导航卫星系统的发展情况来看，我国已经初步完成前2个阶段的发展，稳步推进第3阶段的探索和研究。为了实现北斗卫星导航系统的持续发展，需要建立健全新体制，科学应用新技术，不断提升系统的保密性和安全性，合理维护卫星建设产权。随着北斗卫星导航系统的研发和应用，逐步实现了管控地面站、空间段卫星以及用户终端的统筹，导航系统的精准性也得到了大幅提升[4]。

卫星系统建设规范是北斗卫星导航系统建设需要遵守的基础标准，是系统稳定性和安全性的基本保障。随着技术发展和无源区域化服务应用，北斗卫星导航系统的工作效率大大提升，系统的稳定性更好。目前北斗卫星导航系统的定位精度能够控制在10 m范围内，一些低纬度地区的定位精度已经能够达到5 m。同时，随着我国北斗卫星导航系统的建设和发展，系统覆盖的区域面积也越来越大。北斗卫星导航系统建设标准不断提高，使得报文传送速率进一步加快，模块化和系统化管理也随之不断优化完善。

3 北斗卫星导航系统的实践应用

近年来，我国经济高速发展，科学技术飞速进步，北斗卫星导航系统建设也更加完善。在此背景下，北斗卫星导航系统在各行业领域的推广、应用成为社会各界人士研究的重点课题。结合理论研究和工作实践，对北斗卫星导航系统在部分行业领域的具体应用进行探析，促进系统的进一步完善和发展。

北斗卫星导航系统的应用领域如图2所示。

图2 北斗卫星导航系统的应用领域

3.1 “北斗+5G”融合发展

借助传统电信运营网络的时空信息感知功能，无线定位技术能够实现室内泛在高精度定位，在一定程度上减少了定位网络建设成本。传统2G、3G甚至是4G通信网络构架下，定位的实际误差达到了十米甚至是百米，精度难以满足部分行业应用的需要。要想实现城区甚至更大范围内的全覆盖，需要投入较多的网络建设成本，严重阻碍了其在室内泛在高精度时空信息感知中的广泛应用[5]。除此之外，在现代科技发展的推动下，导航定位中对于精度的要求越来越高。在很多的应用场景下，传统定位技术难以满足应用的精度要求，定位精度不足、结果不连续以及定位时间过长等问题时有存在，在此背景下探索“北斗+5G”融合发展进行定位能够有效解决这些问题。通过“北斗+5G”的技术融合，能够实现北斗卫星导航系统和5G移动通信网络、5G移动通信设备等方面的融合，彼此相互增强，借助增量效应真正提升定位精度，赋能通信网络，提高运行效率与安全性。

3.2 国防建设

国防科技迅速发展的背景下，各种先进技术和设备不断涌现，北斗卫星导航系统的应用也逐渐深入。军事演练、救援、维和等任务的环境相对恶劣，在执行任务的过程中对于导航、定位设备的适用性提出了更高的要求。北斗卫星导航系统的普遍应用不仅在一定程度上满足了国防建设各种任务的需要，而且自主建设的导航定位系统在军事应用中有效提升了安全性[6]。北斗卫星导航系统的时效性和准确性大幅提升，切实增强了我国的军事实力。

3.3 交通运输

社会经济高速发展推动着交通运输量的剧增，我国交通运输部门需不断优化完善对重点运输车辆的监管，加强对“两客一危”的有效监管。在城市道路和高速道路等交通环境下，危化品运输车、旅游大客车、普通车辆等基本都安装了导航系统，交通部门按照有关规定要求实现对重点车辆的实时定位和监控。同时，借助无线移动传输技术实现和车辆的实时互动、远程指挥、调度和控制，有利于交通部门对车辆进行监管[7]。北斗卫星导航系统在交通运输行业的应用除了提升车辆管理水平外，进一步推动了交通运输信息化的发展。

3.4 农林牧渔服务业

农业生产中，在农业机械上安装北斗卫星导航系统，能够实现可视化、可定位农耕操作，实现相关单位对农业生产人员的统一管理，提升农业生产种植水平，进一步推动了现代化农业发展。

林业生产中，合理应用北斗卫星导航系统，能够为林业管理人员提供林业动态信息，方便管理人员根据林业管理需要及时采取有效管理措施[8]。林业管理人员在具体的考察工作中，可以借助北斗导航系统终端进行定位并确定方向，确保工作高效开展。借助北斗卫星导航系统可以对林区的分布进行测定，提高勘测、面积测算以及制图等的精确性，能够大大节省林业管理的人力、物力以及财力。此外，基于北斗卫星导航系统密切关注火灾预警，为林业管理人员提供实时预警信息，一旦发现预警能够及时采取应急措施，科学开展火灾救援、处置等工作，防止火灾进一步恶化。

牧业生产中，以北斗卫星导航系统为依托，综合应用无人机设备和物联网传感设备，有效实现天气变化的实时预报和畜群动态管理，推动草场生态平衡发展，实现良性可循环[9]。以北斗卫星放牧系统在我国内蒙古草原的应用为例，已经很好地实现了牧场的精细化、动态化监测管理，实现了对畜群的疾控预警、智能识别、远程管理以及精准饲喂等功能。

渔业生产中，考虑到生产方式和生产环境的特殊性，需要持续掌握最新鱼情。借助北斗卫星导航系统能够为渔民提供鱼群、海况等信息，确保渔业生产安全。例如，我国渔政借助北斗卫星导航系统搭建的海洋渔业综合信息服务系统管理平台能够实现定位导航、监督监管以及应急救援等功能，在很大程度上提高了渔政管理能力[10]。